ITEWA團(tuán)隊(duì)評(píng)述質(zhì)子逆水流擴(kuò)散誘導(dǎo)發(fā)電
發(fā)布時(shí)間：2024-07-16   閱讀：1086

近日，制冷與低溫工程研究所ITEWA團(tuán)隊(duì)在Nature Nanotechnology上發(fā)表了題為“Electricity generated from upstream proton diffusion”的評(píng)述類文章。論文闡明了“質(zhì)子逆水流擴(kuò)散誘導(dǎo)發(fā)電”的工作原理及能量轉(zhuǎn)換機(jī)制，對(duì)比分析了常規(guī)及新型質(zhì)子擴(kuò)散誘導(dǎo)發(fā)電的內(nèi)在機(jī)制，為依靠質(zhì)子逆水流擴(kuò)散構(gòu)建高性能發(fā)電系統(tǒng)的材料設(shè)計(jì)與器件研發(fā)提供了潛在策略。制冷與低溫工程研究所博士生王鵬飛為第一作者，李廷賢研究員為通訊作者。

 

從環(huán)境中收集能源是滿足分散能源需求的有效方法。借助材料與水分子之間的相互作用，水伏發(fā)電技術(shù)可以從無處不在的自然水循環(huán)過程獲取電能，得到學(xué)界內(nèi)廣泛關(guān)注。研究表明僅通過水滴滴在納米材料上、或?qū)⒓{米材料的一側(cè)浸入水溶液中，即可誘導(dǎo)水流流過帶電表面，進(jìn)而持續(xù)供電。其中，水溶液中與材料帶電表面極性相反的離子隨水流一起運(yùn)動(dòng)被認(rèn)為是必不可少的。Nature Nanotechnology最新研究成果表明，解離的質(zhì)子在MPCF復(fù)合薄膜中會(huì)沿與水流滲透方向相反的方向擴(kuò)散，并能產(chǎn)生持久的電能，即“質(zhì)子逆水流擴(kuò)散誘導(dǎo)發(fā)電”，打破了解離離子必須隨水流協(xié)同運(yùn)動(dòng)發(fā)電的傳統(tǒng)認(rèn)知。

 

文章從該技術(shù)的工作原理出發(fā)，對(duì)比分析了該技術(shù)與傳統(tǒng)質(zhì)子順?biāo)鲾U(kuò)散誘導(dǎo)發(fā)電的作用機(jī)制，闡明了MPCF復(fù)合薄膜自身的低水滲透率和低質(zhì)子擴(kuò)散率是產(chǎn)生這一電現(xiàn)象的根本原因。文章特別指出，水滴的化學(xué)勢(shì)能被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)質(zhì)子與羥基解離的唯一能量來源，這種能量是否有助于先前報(bào)道的水伏發(fā)電技術(shù)值得進(jìn)一步研究。文章展望了如果將液態(tài)水替換為更具吸濕性的鹽溶液，該技術(shù)有望實(shí)現(xiàn)更長效可持續(xù)的電力輸出。文章最后從原理探索及材料構(gòu)建等方面指出了該技術(shù)的未來發(fā)展方向，為構(gòu)建高性能可持續(xù)水伏發(fā)電系統(tǒng)提供了新思路。

 

 

常規(guī)及新型質(zhì)子擴(kuò)散誘導(dǎo)的水伏發(fā)電技術(shù)原理對(duì)比

 

制冷與低溫工程研究所王如竹教授領(lǐng)銜的ITEWA交叉學(xué)科創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)（Innovative Team for Energy，Water & Air）致力于解決能源、水、空氣領(lǐng)域的前沿基礎(chǔ)性科學(xué)問題和關(guān)鍵技術(shù)，旨在通過學(xué)科交叉實(shí)現(xiàn)材料-器件-系統(tǒng)層面的整體解決方案，推動(dòng)相關(guān)領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展。近年來在Science、Nature Reviews Materials、Nature Energy、Nature Nanotechnology、Nature Water、Nature Communications等國際期刊上發(fā)表系列跨學(xué)科交叉論文。

 

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41565-024-01713-2

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